(57)【要約】【課題】効率的に配線インダクタンスを低減できる容量性部品直列回路を提供する。【解決手段】コンデンサ１が有する正極端子１ａと負極端子１ｂとの間の間隔と、コンデンサ２が有する正極端子２ａと負極端子２ｂとの間の間隔は等しい。配線３は負極端子１ｂと正極端子２ａにそれぞれ接続されている。配線４は一端が正極端子１ａと接続されて配線３に略平行にコンデンサ２へ向かって延在する。配線５は一端が負極端子２ｂと接続されて配線３に略平行にコンデンサ１へ向かって延在する。負極端子１ｂと正極端子１ａとを両端とする線分に対して、正極端子１ａと負極端子１ｂとを繋ぐ直線がなす角度θ１と、上記線分に対して正極端子２ａと負極端子２ｂとを繋ぐ直線がなす角度θ２とは同じ値であって何れも９０度未満である。上記線分と、負極端子２ｂと正極端子１ａとを両端とする線分とは略平行である。【選択図】図１
2010022131.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
第１正極端子（１ａ）と第１負極端子（１ｂ）とを有する第１容量性部品（１）と、
第２正極端子（２ａ）と第２負極端子（２ｂ）とを有し、前記第２正極端子と前記第２負極端子との間の間隔が、前記第１正極端子と前記第１負極端子との間の間隔と等しい第２容量性部品（２）と、
両端を有し、一端が前記第１負極端子に他端が前記第２正極端子にそれぞれ接続された第１配線（３）と、
両端を有し、一端が前記第１正極端子と接続されて前記第１配線に略平行に前記第２容量性部品へ向かって延在する第２配線（４）と、
両端を有し、一端が前記第２負極端子と接続されて前記第１配線に略平行に前記第１容量性部品へ向かって延在する第３配線（５）と
を備え、
前記第１負極端子と前記第２正極端子とを両端とする線分に対して、前記第１正極端子と前記第１負極端子とを繋ぐ直線がなす第１角度(θ１)と、前記線分に対して前記第２正極端子と前記第２負極端子とを繋ぐ直線がなす第２角度(θ２)とは同じ値であって何れも９０度未満であり、
前記線分と、前記第２負極端子と前記第１正極端子とを両端とする線分とは略平行であり、
前記第２配線の両端間の長さたる配線長と、前記第３配線の配線長は相互に等しい、容量性部品直列回路（１０）。
【請求項２】
前記第１配線（３）と前記第２配線（４）とが縒り重ねられ、前記第１配線（３）と前記第３配線（５）とが縒り重ねられている、請求項１に記載の容量性部品直列回路。
【請求項３】
前記第１配線（３）に介在する第３容量性部品を更に備える、請求項１又は２に記載の容量性部品直列回路。
【請求項４】
請求項１乃至３の何れか一つに記載の容量性部品直列回路（１０）と、
交流電圧を直流電圧に変換して前記第２配線（４）と前記第３配線（５）との間に印加する変換部（２０）と
を備える、電源装置。
【請求項５】
請求項１乃至３の何れか一つに記載の容量性部品直列回路（１０）と、
交流電圧を直流電圧に変換して前記第２配線と前記第３配線との間に印加するコンバータ（２０）と、
前記第２配線（４）と前記第３配線（５）との間に印加される前記直流電圧を交流電圧に変換して出力するインバータ（３０）と
を備える、電力変換装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、容量性部品直列回路、電源装置及び電力変換装置に関し、特に配線インダクタンスを低減する技術に関する。
【背景技術】
【０００２】
電力変換装置において、インバータのスイッチング素子をオンからオフに切り替えたときに、平滑コンデンサとインバータとを接続する配線のインダクタンスに蓄えられたエネルギーによって、サージ電圧が生じる可能性があった。
【０００３】
上記の問題に対しては、例えば配線に蓄えられるエネルギーをバイパスするバイバスコンデンサやスナバ回路を設けて、インバータのスイッチング素子を保護していた。
【０００４】
なお、本発明に関連する技術が特許文献１に記載されている。
【０００５】
【特許文献１】特開２００７−１１６８６１号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
しかしながら、バイパスコンデンサやスナバ回路を設けると回路の規模が増大するという問題があった。
【０００７】
また複数のコンデンサを直列に接続して各コンデンサの耐圧を低減するコンデンサ回路について、その配線インダクタンスを低減する技術が求められていた。
【０００８】
そこで、本発明は効率的に配線インダクタンスを低減できる容量性部品直列回路を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００９】
本発明に係る容量性部品直列回路の第１の態様は、第１正極端子（１ａ）と第１負極端子（１ｂ）とを有する第１容量性部品（１）と、第２正極端子（２ａ）と第２負極端子（２ｂ）とを有し、前記第２正極端子と前記第２負極端子との間の間隔が、前記第１正極端子と前記第１負極端子との間の間隔と等しい第２容量性部品（２）と、両端を有し、一端が前記第１負極端子に他端が前記第２正極端子にそれぞれ接続された第１配線（３）と、両端を有し、一端が前記第１正極端子と接続されて前記第１配線に略平行に前記第２容量性部品へ向かって延在する第２配線（４）と、両端を有し、一端が前記第２負極端子と接続されて前記第１配線に略平行に前記第１容量性部品へ向かって延在する第３配線（５）とを備え、前記第１負極端子と前記第２正極端子とを両端とする線分に対して、前記第１正極端子と前記第１負極端子とを繋ぐ直線がなす第１角度(θ１)と、前記線分に対して前記第２正極端子と前記第２負極端子とを繋ぐ直線がなす第２角度(θ２)とは同じ値であって何れも９０度未満であり、前記線分と、前記第２負極端子と前記第１正極端子とを両端とする線分とは略平行であり、前記第２配線の両端間の長さたる配線長と、前記第３配線の配線長は相互に等しい。
【００１０】
本発明に係る容量性部品直列回路の第２の態様は、第１の態様に係る容量性部品直列回路であって、前記第１配線（３）と前記第２配線（４）とが縒り重ねられ、前記第１配線（３）と前記第３配線（５）とが縒り重ねられている。
【００１１】
本発明に係る容量性部品直列回路の第３の態様は、第１又は第２の態様に係る容量性部品直列回路であって、前記第１配線（３）に介在する第３容量性部品を更に備える。
【００１２】
本発明に係る電源装置の第１の態様は、第１乃至第３の何れか一つの態様に係る容量性部品直列回路（１０）と、交流電圧を直流電圧に変換して前記第２配線（４）と前記第３配線（５）との間に印加する変換部（２０）とを備える。
【００１３】
本発明に係る電力変換装置の第１の態様は、第１乃至第３の何れか一つの態様に係る容量性部品直列回路（１０）と、交流電圧を直流電圧に変換して前記第２配線と前記第３配線との間に印加するコンバータ（２０）と、前記第２配線（４）と前記第３配線（５）との間に印加される前記直流電圧を交流電圧に変換して出力するインバータ（３０）とを備える。
【発明の効果】
【００１４】
本発明に係る容量性部品直列回路の第１の態様によれば、第２正極端子と第２負極端子との間の間隔が、第１正極端子と第１負極端子との間の間隔と等しい。また第１負極端子と第２正極端子とを両端とする線分と、第２負極端子と第１正極端子とを両端とする線分とは平行である。更に第１角度と第２角度が相互に同じであって、第２配線及び第３配線の配線長が相互に等しい。よって第２配線の他端と第３配線の他端との間は第１配線のほぼ中央に位置し、第２配線の他端及び第３配線の他端の間の平衡を高めることができる。また第１配線を流れる電流と第２配線、第３配線を流れる電流とは相互に反対であって、第１角度及び第２角度が９０度未満なので第１配線と第２配線との間の距離、第１配線と第３配線との間の距離を低減できる。よって、第１配線、第２配線、第３配線にかかる配線インダクタンスを低減できる。
【００１５】
本発明に係る容量性部品直列回路の第２の態様によれば、外部からのノイズの影響を低減できる。
【００１６】
本発明に係る容量性部品直列回路の第３の態様によれば、第１乃至第３容量性部品の耐圧を低減できる。
【００１７】
本発明に係る電源装置の第１の態様によれば、容量性部品直列回路の配線インダクタンスを低減できるので、サージ電圧が生じにくい電源装置を提供できる。
【００１８】
本発明に係る電力変換装置の第１の態様によれば、容量性部品直列回路のインダクタンスを低減できるので、サージ電圧が生じにくい電力変換装置を提供できる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１９】
第１の実施の形態．
図１は第１の実施の形態に係る容量性部品直列回路の概念的な構成の一例を示している。容量性部品直列回路１０は、容量性部品１，２と、配線３，４，５とを備えている。
【００２０】
容量性部品１，２はコンデンサ若しくは電池（バッテリー）である。ここでは容量性部品１，２としてコンデンサを採用して説明する。以下においては、容量性部品直列回路をコンデンサ回路と、容量性部品をコンデンサとそれぞれ呼称する。コンデンサ１，２は例えば電解コンデンサである。
【００２１】
コンデンサ１，２はそれぞれ正極端子１ａ，２ａと負極端子１ｂ，２ｂとを備えている。図１においては、円筒形状の電解コンデンサの上面に正極端子、負極端子が設けられた態様が例示されている。図１においては、電解コンデンサの上面の外形状が破線で示されている。つまり図１はコンデンサ１，２の電気記号を伴った、コンデンサ回路の上面図となっている。コンデンサ１の正極端子１ａと負極端子１ｂとの間の間隔は、コンデンサ２の正極端子２ａと負極端子２ｂとの間の間隔と等しい。
【００２２】
配線３，４，５は例えばワイヤー・ハーネスである。配線３，４，５はインダクタンス成分を有している。図１においては、配線３，４，５がインダクタンス成分を有するリアクトルとして示されている。なお、配線３，４，５がワイヤー・ハーネスであれば、平行板配線（例えばブスバ）などに比べて軽量であるので、例えば自動車に本コンデンサ回路１０を搭載する場合などに好適である。またコンデンサ１，２の配置を変更しやすい。
【００２３】
配線３は両端を有し、一端がコンデンサ１の負極端子１ｂに、他端がコンデンサ２の正極端子２ａにそれぞれ接続されている。
【００２４】
配線４は両端４ａ,４ｂを有し、一端４ａがコンデンサ１の正極端子１ａに接続されて配線３と略平行にコンデンサ２へと向かって延在している。
【００２５】
配線５は両端５ａ，５ｂを有し、一端５ａがコンデンサ２の負極端子２ｂに接続されて配線３と略平行にコンデンサ１へと向かって延在している。配線５の両端５ａ，５ｂの間の長さ（以下、配線長と呼ぶ）は配線４の配線長と等しい。
【００２６】
また、コンデンサ１，２は次に説明する位置関係を満たす。即ち角度θ１，θ２は相互に等しく、いずれも９０度未満である。角度θ１は、コンデンサ１の負極端子１ｂとコンデンサ２の正極端子２ａとを両端とする線分に対して、コンデンサ１の正極端子１ａと負極端子１ｂとを繋ぐ直線が成す角度のうち小さい方の角度である。角度θ２は、上記線分に対して、コンデンサ２の正極端子２ａと負極端子２ｂとを繋ぐ直線が成す角度のうち小さい方の角度である。
【００２７】
上記線分と、コンデンサ１の正極端子１ａ及びコンデンサ２の負極端子２ｂを両端とする線分とは、相互に略平行である。言い換えると、配線４，５は配線３に対して同じ側に配置されている。
【００２８】
このような構成のコンデンサ回路１０において、配線４の他端４ｂと、配線５の他端５ｂとは配線３のほぼ中央に位置する。コンデンサ回路１０は、配線４の他端４ｂ、配線５の他端５ｂの間と配線３の中央とを繋ぐ直線に対して略対称な形状を有するので、配線４の他端４ｂと配線５の他端５ｂとの間の平衡を高めることができる。
【００２９】
また、配線４の他端４ｂと配線５の他端５ｂとの間には、配線４の他端４ｂを高電位側とする直流電圧が印加される。よって、配線４を流れる電流と配線３を流れる電流とは相互に反対方向である。同じく配線５を流れる電流と配線３を流れる電流とは相互に反対方向である。従って、配線３，４の磁気的結合及び配線３，５の磁気的結合は配線インダクタンスを低減させる。
【００３０】
しかも角度θ１，θ２が９０度未満である。よって、角度θ１，θ２が９０度を超えている場合に比べて、配線３の配線長を一定としたときに配線４，５の配線長を低減しつつも、配線３，４の間の距離及び配線４，５の間の距離を短縮できる。配線インダクタンスは配線長の低減によっても低減されるうえに、上記距離の短縮によって磁気的結合が強まるので配線インダクタンスを更に低減できる。
【００３１】
以上のように、配線４の他端４ｂと，配線５の他端５ｂとの平衡を高めつつ、配線インダクタンスを効率よく低減できる。
【００３２】
なお、上述したように、配線インダクタンスの低減という観点では、配線４，５の配線長は短いほうが望ましく、角度θ１，θ２は小さいほうが望ましいが、コンデンサ回路１０が設けられる装置の構造的な制約、耐熱的な制約や、電気的絶縁に関する制約をも鑑みて、配線３，４，５の配線長や角度θ１，θ２が決定される。
【００３３】
図２は、図１において角度θ１，θ２として小さい値を採用した場合の一のコンデンサに相当する部分の概念的な構成を示している。但し、配線３，４はコンデンサの上面内にほぼ収まる寸法のみを取り出している。なお、図１におけるコンデンサ回路１０の対称性に鑑みて、図２に示すコンデンサはコンデンサ１，２のいずれとも把握できる。その場合、配線４を配線５と読み替えることになる。以下においては、代表的にコンデンサ１として説明する。
【００３４】
図３は、従来例として、角度θ１，θ２として９０度を採用した場合のコンデンサの概念的な一例を示している。図２と同様に、コンデンサ回路が有する２つのコンデンサのうちの一つを示し、配線３，４はコンデンサの上面内にほぼ収まる寸法のみを取り出している。図３においては、角度θ１，θ２として９０度を採用しつつも、配線３，４の形状をそれぞれ略Ｌ字形状とすることで両者間の距離が小さくなる領域を長くし、配線インダクタンスを低減している。配線３は、負極端子１ｂから正極端子１ａへと向かって延在し、正極端子１ａと負極端子１ｂとの間のほぼ中央で９０度屈曲している。同じく配線４は、正極端子１ａから負極端子１ｂへと向かって延在し、正極端子１ａと負極端子１ｂとの間のほぼ中央で屈曲し、配線３に沿って延在している。
【００３５】
以下、図２，３に示す態様に係る配線インダクタンスを算出する。図２，３に示す態様において、配線インダクタンスを次の条件で計算した。即ち図２，３において配線３，４の幅Ｗをいずれも１０ｍｍ、紙面上下方向の配線３，４の間の間隔を１ｍｍ、配線３，４の紙面垂直な方向の厚みを３５μｍ、配線３，４に流れる電流の周波数を３ＭＨｚとした。また図２，３における配線３の長さＬ１を９０ｍｍ、図３における配線４の長さＬ２を９０ｍｍとした。
【００３６】
その結果、図３に示す配線３の自己インダクタンスは５６．３９３ｎＨ、配線４の自己インダクタンスは５５．２９９ｎＨであった。また、配線３，４の相互インダクタンスは８．１１７９ｎＨであった。よって、図３に示す配線３，４にかかる配線インダクタンスは、５６．３９３＋５５．２９９−２×８．１１７９＝９５．４５６２ｎＨであった。
【００３７】
一方、図２に示す配線３の自己インダクタンスは６７．２４８ｎＨ、配線４の自己インダクタンスは３．０９７４ｎＨであった。また、配線３，４の相互インダクタンスは３．２５７１ｎＨであった。よって、図２に示す配線３，４にかかる配線インダクタンスは６７．２４８＋３．０９７４−２×３．２５７１＝６３．８３１２ｎＨであった。
【００３８】
以上のように、図２に示す態様によれば、図３に示す態様に比べて配線インダクタンスを低減できる。
【００３９】
図２に示す態様でも、図３に示す態様でも、コンデンサの上面からはみ出た配線３，４，５の構成は、相互に同一形状とできる。いずれの態様においてもコンデンサの上面のほぼ中央から同程度に近接して、配線３，４（あるいは配線３，５）がコンデンサの上面から外へと延在することになるからである。この場合、コンデンサ回路としての配線インダクタンスの大小関係は、図２，３に示す１つのコンデンサに相当する部分に係る配線インダクタンスの大小に依存する。従って、図２に示すコンデンサ１，２をそれぞれ採用したコンデンサ回路１０における配線インダクタンスは、図３に示すコンデンサ１，２をそれぞれ採用したコンデンサ回路１０における配線インダクタンスに比べて小さい。
【００４０】
また図１を参照して、角度θ１，θ２として小さい値を採用した場合では、周波数の高い電流にとってはコンデンサ回路１０がダイポールアンテナとほぼ等価と見なせるので、ノーマルモードのノイズを低減することができる。
【００４１】
また配線３，４，５の配線長、断面積を調整することで、配線３のインダクタンスと配線４，５のインダクタンスを略同等にすることが望ましい。より具体的には、配線３の断面積をＳ１、配線４，５の断面積をそれぞれ同一のＳ２、配線３，４，５の配線長をそれぞれＤ１，Ｄ２，Ｄ３とすると、
Ｄ１／（Ｄ２＋Ｄ３）＝Ｓ１／Ｓ２                                ・・・（１）
を満たすことが望ましい。これによって、平衡を高めることができ、以って例えばノーマルモードのノイズを低減できる。
【００４２】
なお、コモンモードのノイズの影響が懸念される場合には、配線４，５にかかるインピーダンスと、配線３にかかるインピーダンスとを整合させるとよい。
【００４３】
また配線３，４及び配線３，５はそれぞれ交互に縒り重ねられていてもよい。これによって配線インダクタンスを更に低減できるとともに、電流経路の閉ループ面積をより小さくできるので、ノイズの影響を低減できる。
【００４４】
なお、角度θ１，θ２は実質的にゼロ度であってもよい。図４は角度θ１，θ２が実質的にゼロ度の場合のコンデンサ回路１０の概念的な構成の一例を示している。コンデンサ１，２の正極端子１ａ，２ａ、負極端子１ｂ，２ｂが設けられた面に対して垂直な高さ方向（紙面上下方向）において、配線３は配線４，５と重なっている。このような重なりは、例えば配線３の両端に設けられる接続部３ａ，３ｂが高さ方向に屈曲することで実現されてもよい。また配線３が湾曲していてもよい。
【００４５】
なお、上述したコンデンサ回路１０は２つのコンデンサを有していたが、３つ以上あってもよい。この場合、配線３上に複数のコンデンサが介在する。この場合であれば、１つのコンデンサに印加される電圧が低下するので、耐圧の低いコンデンサを用いることができる。
【００４６】
第２の実施の形態．
図５は、第１の実施の形態にかかるコンデンサ回路を有する電力変換装置の概念的な構成の一例を示す。電力変換装置は、例えばコンバータ２０と、コンデンサ回路１０と、インバータ３０とを備えている。コンバータ２０は電源Ｅ１からの交流電圧を直流電圧に変換してコンデンサ回路１０に出力する。コンデンサ回路１０は当該直流電圧を平滑する。インバータ３０は複数のスイッチ素子（図示せず）を有し、当該スイッチ素子のスイッチング動作によって当該直流電圧を交流電圧に変換して負荷Ｍ１に出力する。
【００４７】
このようなスイッチング動作に起因して配線に誘導エネルギーが蓄積されるが、コンデンサ回路１０によれば、配線インダクタンスを低減できるので、当該誘導エネルギーによるサージ電圧を抑制できる。
【００４８】
また、コンバータ２０もスイッチ素子を有し、当該スイッチ素子のスイッチング動作によって交流電圧を直流電圧に変換してもよい。この場合であっても、当該スイッチング動作によるサージ電圧を抑制できる。なお、コンバータ２０とコンデンサ回路１０から成る部分を電源装置とも把握できる。
【００４９】
以上のように、サージ電圧の抑制を目的としたバイパスコンデンサやスナバ回路等を設けることなく、サージ電圧に対応できる。よって、回路の簡素化及び省資源に効果的である。
【図面の簡単な説明】
【００５０】
【図１】コンデンサ回路の概念的な構成の一例を示す図である。
【図２】一のコンデンサに相当する部分を示す図である。
【図３】一のコンデンサに相当する部分を示す図である。
【図４】コンデンサ回路の概念的な構成の他の一例を示す図である。
【図５】コンデンサ回路を用いた電力変換装置の概念的な構成の一例を示す図である。
【符号の説明】
【００５１】
１，２  コンデンサ
１０  コンデンサ回路
２０  コンバータ
３０  インバータ
１ａ，２ａ  正極端子
１ｂ，２ｂ  負極端子
３，４，５  配線
θ１，θ２  角度
【図１】
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【図２】
2010022131.tif 000004
【図３】
2010022131.tif 000005
【図４】
2010022131.tif 000006
【図５】
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